硬质合金高压喷嘴根据射流特性的喷射角、喷福、冲击力、雾滴平均尺寸及分布等参数的要求，以采取缩小孔径，提高工作压力，增加喷射角等方法来达到高压的目的。随着压力的提高，硬质合金高压喷嘴也被用于高难度清洗、剥层、除锈甚至切割。压力的范围通常为10-100MPa，随着设备可靠性的提高高压的范围也增至150-200MPa。而硬质合金高压或超高压喷嘴不仅耐高温、抗磨损、稳定性优良、使用寿命长，而且最为突出的就是具有最集中的打击力及稳定的靶距。其清洗的原理是当硬质合金高压喷嘴的高压水射流的冲击力大于污垢与物体表面的附着力时，就会将污垢剥离，冲走，因此高压喷嘴特别适合表面清洗等需要有一定的冲击力、均匀的液体分布等用途。

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硬质合金雾化喷嘴喷头是一种能够将液体雾化喷出，而均匀悬浮于空气中的一种装置。其原理有两个：一个是采用单流体的雾化喷嘴，即简单地采用水的压力把水喷射出去，再根据不同的叶片设计形成不同的喷雾效果，如扇形、锥形、圆形等等。而另一种则是采用气压为动力的雾化喷嘴，其起动力采用的是虹吸的原理，即将水通过气的吸力吸入喷嘴口再喷出雾化。此外，硬质合金雾化喷嘴还可细分为空气雾化喷嘴和精细雾化喷嘴两大类，它们也几乎覆盖了所有工业领域，在农业生产中可用于农药的喷洒，工业上可用于喷涂、除尘、车间加湿等，生活中的运用也有很多，如各种药物喷雾剂、杀虫喷雾剂、空气清新剂等，夏天与人们形影不离的空调吹出冷空气也是因为在空调排热空气的管路上配备了雾化喷嘴喷出雾化效果的水雾来降低空调本身的排热。

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硬质合金文丘里喷嘴是根据Berboulli射引力原理，用合理的几何曲面参数设计，从而形成大流量的循环，同时还具有防止堵塞的喷射孔。文丘里效应的原理则是当风吹过阻挡物时，它把气流由粗变细，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，形成一个“真空区”从而产生吸附作用并导致空气的流动。当高速的液体经过喷嘴时带动其周围的液体进入喷射形成循环，这部分液体与泵出的溶液混合从而提高了循环的溶液总量，喷嘴能产生4:1 的流率比率，所以装有混流喷嘴的小型泵能用于大容量的流体循环，而节省各方面的能耗。硬质合金文丘里喷嘴具有精确的影响叶片角度，可以使得喷雾液滴分布均匀，从而得到极佳的覆盖面还可应用于废气脱硫、除尘、气体冷以及各种领域的气体流量测量标定。

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金属材料是早期水煤浆喷嘴最常用到的一种材料。金属材料具有良好的韧性和抗热疲劳性能，通过热处理的方法可以进一步改善它的性能，提高硬度和强度。此外，金属材料水煤浆喷嘴工作时承受的是水煤浆的低角度冲蚀，磨损机理主要为塑性变形和微观切削，在实际运用中金属材料制作的水煤浆喷嘴通常冲蚀磨损严重，使用寿命较短。而硬质合金属于脆性材料，它的韧性和抗热冲击性能比金属材料低，且其加工工艺性差，不适合制作复杂结构的喷嘴。

在实际应用中，通常把硬质合金制成环状或块状镶嵌在喷嘴某些磨损严重的部位上，如美国、加拿大等国所使用的Y型喷嘴以及我国的撞击式多级水煤浆雾化喷嘴都是在喷嘴容易磨损的部位镶上硬质合金。硬质合金水煤浆喷嘴的使用寿命普遍在1000h以上，是目前水煤浆喷嘴的首选材料。此外，硬质合金水煤浆喷嘴的磨损主要有晶粒脱落、脆性断裂和研磨损伤，并且硬质合金中的Co含量越高，其冲蚀磨损率越大，所以应该选用Co含量少或者没用高硬度粘结相合金或者直接粉末冶金铸造。

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水煤浆是70年代兴起的新型煤基液体燃料，由65%的煤、34%的水和1%的化学添加剂，经过一定的工艺流程加工而成，其灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、SO₂及NOX排放量都低于燃油和燃煤。许多国家基于长期的能源战略考虑，将其作为以煤代油的燃料技术进行研究、开发和储备，且已实现商业化使用。而硬质合金水煤浆喷嘴则是水煤浆燃烧器的重要组成部分，为了使水煤浆燃料能得到有效燃烧，关键是要实现燃料雾化良好。

根据燃料的性质以及对于雾化质量的要求不同，所采用的喷嘴形式也不尽相同。按照喷嘴雾化的形式来分可分为气力式、机械式、旋杯式以及超声波式。其结构的合理性决定了水煤浆的雾化效果，其材料的抗磨、抗热冲击性能则决定喷嘴的使用寿命，并直接影响水煤浆应用的经济性和安全性。水煤浆喷嘴材料通常有金属材料、硬质合金材料和陶瓷材料。根据以往对煤磨损试验结果，当材料硬度Hm＞1.56Ha（杂质硬度）时，即软磨料磨损，磨损量小，即Hm＞2030（Hv）。水煤浆喷嘴材料选择有几种：金属材料、硬质合金、陶瓷等。

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高密度钨合金是一种以W为基体，同时加入少量的Ni，Fe等元素组成的合金。由于钨合金的高密度、高辐射屏蔽能力及环保无毒性，常被制造成钨合金屏蔽件广泛应用于医疗及工业当中。静液挤压工艺相比与旋锻工艺是钨合金屏蔽件目前较为有效的变形强化工艺。如表1所示为静液挤压与旋锻93W合金的力学性能数据，表2所示为静液挤压变形量与合金的动态抗拉强度、静态抗拉强度、延展率之间的关系曲线。

在变形量基本相同的条件下，精液挤压工艺对钨合金的变形强化效果明显好于旋锻工艺。静液挤压后钨合金的静态抗拉强度、动态抗拉轻度、动态抗压强度均高于旋锻钨合金；而静液挤压钨合金的延伸率要高于旋锻钨合金；同时其硬度变化梯度较小，这表明钨合金在静液挤压时，钨合金的微观组织变形均匀，同时钨颗粒与粘结相中产生的微观损伤较少，从而使得其变形强化效果强于普通的旋锻工艺。

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高密度钨合金是一种以W为基体，同时加入少量的Ni，Fe等元素组成的合金。由于其具有高密度、高辐射屏蔽能力、无毒环保性、较好的强度与韧性配合成为制造辐射屏蔽件的理想材料，在核工业及核医疗中有广泛的应用。静液挤压技术是一种先进的变形加工工艺，特别是在脆性材料变形强化方面具有很大潜在优势。钨合金经静液挤压后其变形强化效果是非常明显的。和通常的钨合金变形强化工艺即旋锻工艺相比，静液挤压工艺对钨合金变形强化的优势主要体现在两个方面，其一是在变形量相同的条件下，静液挤压后钨合金的强度要高于经旋锻处理后钨合金的强度；其二是在静液挤压工艺下，特别是合理地选择挤压工艺参数后，钨合金的变形能力相对而言得到了很大幅度的提高，即对静液挤压工艺而言，仅一次挤压就能使钨合金获得60%~80%的变形量；而锻造工艺，当一次变形量超过20%时废品率就会大大提升。因此，静液挤压工艺是钨合金目前最为有效的变形强化工艺。

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以下为稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能的研究总结。

本课题采用高温固相法分别制备了Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺、Zn_0.1Ca_0.9WO：Tm³⁺/Yb³⁺及Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶，对其进行结构表征及发光性能研究，具体结论如下： 

(1) 确定了Zn_xCa_（1-x）WO₄多晶的最佳基质成分为Zn_0.1Ca_0.9WO₄，即锌钙比为1:9；通过高温固相法合成Zn_0.1Ca_0.9WO₄多晶的最佳工艺条件为烧结温度1000℃，烧结时间3h。XRD测试表明稀土离子的掺杂并没有改变Zn_0.1Ca_0.9WO₄基质的晶格结构。随着稀土离子浓度的增加，Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶和Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Tm³⁺/Yb³⁺多晶紫外吸收边均先红移后蓝移，说明稀土离子浓度过大会使晶格内部能量增加，阻碍自由电子跃迁，不利于上转换发光。 

(2) Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶在545nm和659nm处有明显的绿光和红光发射峰，分别对应Ho³⁺离子的⁵S₂,⁵F₄→⁵I₈和⁵F₅→⁵I₈能级跃迁。固定Yb³⁺离子浓度为4mol%时，随着Ho³⁺离子浓度的增加上转换发光强度先增大后减小，当Ho³⁺离子浓度为0.4mol%时上转换发光强度最强。Ho3+离子浓度对红绿光比例影响显著，Zn_0.1Ca_0.9WO₄：1.0mol%Ho³⁺/4mol%Yb³⁺多晶的红绿光比例接近1:1。通过荧光寿命分析，绿光和红光的衰减时间分别为67µs和106µs。功率曲线测试表明上转换绿光和红光均为两光子能量传递过程。 

(3) Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Tm³⁺/Yb³⁺多晶在475nm处有明显的蓝光发射峰，在650nm处有微弱的红光发射峰，分别对应Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆和¹G₄→³F₄能级跃迁。固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，随着Yb³⁺离子浓度的增加上转换发光强度先增大后减小，当Yb³⁺离子浓度为6mol%时上转换发光强度最强。Yb³⁺离子浓度对蓝红光比例影响显著，Zn_0.1Ca_0.9WO₄：2mol%Tm³⁺/5mol%Yb³⁺多晶的蓝红光比例最大。通过荧光寿命分析，蓝光衰减时间为82µs。功率曲线测试表明上转换蓝光以三光子能量传递过程为主。 

(4) 通过无相互作用正交实验制备了一系列Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺多晶并对其发光性能进行研究。结果表明适当降低Tm³⁺离子浓度有利于上转换三色光强度的增加；减小Ho3+离子浓度能使上转换绿光强度降低，红光和蓝光强度增加，有利于调节蓝绿红三色光比例。随着泵浦功率的增加上转换蓝绿红三色光发光强度均有不同程度的增加，但同时三色光比例变大。 

(5) 在正交实验结果的基础上制备了Zn_0.1Ca_0.9WO₄：0.6mol%Ho³⁺/0.5mol%Tm³⁺/4mol%Yb³⁺样品，上转换发光测试结果表明蓝绿红三色光比例接近1:1:1，CIE坐标计算结果为(0.35,0.37)，在白光区域范围内。功率曲线测试结果表明上转换蓝光主要为三光子能量传递过程，上转换绿光为两光子能量传递过程，上转换红光同时存在两光子和三光子能量传递过程。

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对Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺掺杂钨酸钙Zn_0.1Ca_0.9WO₄多晶进行无相互作用正交实验，并对所得样品进行上转换稳态发射光谱测试，CIE坐标计算及功率曲线分析，最后提出上转换发光机理。具体结论如下： 

（1）通过上转换稳态发射光谱测试，并对正交结果进行分析，得出稀土离子浓度改变对蓝绿红三色光发光强度的影响规律。Tm³⁺离子浓度改变对上转换蓝光发射强度影响较大，Ho³⁺离子浓度改变会影响上转换绿光发射强度，上转换红光发射强度主要受到Tm³⁺、Yb³⁺离子浓度的影响。适当降低Tm³⁺离子浓度有利于上转换三色光强度的增加；减小Ho³⁺离子浓度能使上转换绿光强度降低，红光和蓝光强度增加，有利于调节蓝绿红三色光比例。 

（2）分析了泵浦功率对蓝绿红三色光发光强度的影响。随着泵浦功率的增加上转换蓝绿红三色光发光强度均有不同程度的增加，但同时三色光比例变大。因此泵浦功率的增大虽然能提高发光强度，但不利于上转换白光的输出。 

（3）根据正交实验分析结果，对掺杂稀土离子浓度进行调节，实现上转换白光输出。制备了Zn_0.1Ca_0.9WO₄：0.6mol%Ho³⁺/0.5mol%Tm³⁺/4mol%Yb³⁺样品，上转换发光测试表明三色光比例接近1:1:1，CIE坐标计算结果为（0.35,0.37），在白光发光范围内。 

（4）对Zn_0.1Ca_0.9WO₄：0.6mol%Ho³⁺/0.5mol%Tm³⁺/4mol%Yb³⁺样品进行功率曲线测试。测试结果表明上转换蓝光主要为三光子能量传递过程，上转换绿光为两光子能量传递过程，上转换红光同时存在两光子和三光子能量传递过程。上转换发光机理表明蓝绿红光分别由Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁，Ho³⁺离子的⁵S₂，⁵F₄→⁵I₈、⁵F₅→⁵I₈能级跃迁产生的。蓝光、绿光和红光发光过程均为连续能量传递过程。

 

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聚钨酸钠又名偏钨酸钠，它的的物理性质如下所示：化学式：Na₆O₃₉W₁₂，分子量：2968，密度：3.1g/cm3，CB号：CB1128947，CAS号：12141-67-2。
聚钨酸钠因其密度高、无毒、易配制及可循环利用等优点,在许多领域都被广泛的应用，例如地质学、土壤学及海洋生物学等领域密度分离研究中得到广泛应用。在地质学中主要应用于矿物及沉积岩的分离,为微细粒纯矿物的分离提供了一条新途径。在土壤学中主要应用于分离土壤中的团聚体大颗粒、有机质及腐殖酸等。而在海洋生物学中主要应用于分离古微生物以及有机质。且利用聚钨酸钠溶液进行密度分离具有操作流程简单、效果稳定等特点,更重要的是不改变被分离物质的物化性能。

 

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